.Ultracold bubbles on space station open new avenues of quantum research
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.Next-generation weather models cross the divide to real-world impact
차세대 기상 모델은 현실 세계에 미치는 영향을 구분합니다
아론 듀브로(Aaron Dubrow), 텍사스 오스틴 대학교 NOAA Hazardous Weather Testbed는 NWS 운영을 위한 새로운 기술과 과학을 테스트하고 평가하기 위해 연구와 운영 간의 협력을 촉진하기 위한 개념적 프레임워크와 물리적 공간을 제공합니다. 다음은 2020년 봄 실험의 한 장면입니다. 크레딧: NOAA MAY 18, 2022
매년 겨울, 봄, 여름에 극한 기상 예보자와 연구원이 만나 가장 유망한 최신 기상 예보 도구와 혁신을 테스트하여 실제 환경에서 어떻게 작동하는지 확인합니다. 국립해양대기청(NOAA)이 주관하는 이 테스트베드 실험은 각각 겨울 폭풍 , 심한 뇌우 및 돌발 홍수를 예측합니다 . 수문기상학 테스트베드는 최근 제12회 연례 겨울 날씨 실험(WWE)을 개최했습니다. 몰입형 협업 "연구-운영" 경험을 통해 예측, 연구 및 학계 구성원을 한자리에 모아 겨울 일기 예보 문제를 평가하고 논의했습니다.
오클라호마 대학의 CAPS(Center for Analysis and Prediction of Storms) 수석 연구 과학자이자 운영 책임자인 Keith Brewster는 "새로운 입력이나 새 모델이 얼마나 잘 작동하는지 테스트하여 운영 예측을 생성합니다."라고 말했습니다. "뇌우가 발생하는 예보를 약속하면 예보자가 이를 사용할 것이라고 기대할 수 있습니까?" 실험의 배경에는 TACC(Texas Advanced Computing Center)의 슈퍼컴퓨터가 흥얼거리고 있습니다. 이 슈퍼컴퓨터는 세계에서 학계 연구자들이 이용할 수 있는 가장 빠른 컴퓨터 중 하나입니다. CAPS 팀은 심한 뇌우를 더 잘 예측하기 위해 2011년 Hazardous Weather Testbed Spring Experiment에 TACC 시스템을 사용하기 시작했습니다.
당시 그들은 전성기 세계에서 6번째로 빠른 TACC 의 오리지널 Stampede 슈퍼컴퓨터 로 계산했습니다. 2017년부터 2021년까지 그들은 XSEDE(Extreme Science and Engineering Discovery Environment)를 통해 Stampede2(12번째로 빠름)를 사용했습니다. 2021년부터 그들은 세계에서 가장 빠른 대학 슈퍼컴퓨터이자 현재 전체에서 13번째로 빠른 프론테라를 사용하고 있습니다. "TACC와 XSEDE가 우리에게 제공하는 것은 이러한 실시간 또는 거의 실시간 실험을 수행할 수 있는 능력입니다"라고 Brewster는 말했습니다. CAPS 팀은 00 UTC 주기에 대한 기상 관측 및 기타 입력 데이터가 들어온 후 오후 10시까지 예측 시뮬레이션을 제출합니다. 시뮬레이션은 밤새 실행되어 다음 날 아침 8시에 준비되어 3일 반 동안의 기상 현상을 예측합니다.
"Stampede에서 우리는 TACC와 협력하여 우리에게 할당된 전용 코어 수를 갖는 특별한 대기열을 설정했습니다."라고 Brewster가 말했습니다. 이러한 유형의 "긴급 컴퓨팅"은 TACC의 특징이 되어 센터에서 허리케인 폭풍 해일을 예측하고 지구 저궤도에서 우주 쓰레기를 모니터링하며 COVID-19 모델에 전력을 공급할 수 있습니다. "최근에 Frontera에서는 VIP 우선 순위를 사용하여 일반 대기열에서 실행할 수 있는 용량이 있어 다른 연구 사용자에게 더 효율적이고 덜 방해가 됩니다."
올해의 Winter Weather Experiment에는 세 가지 주요 과학 목표가 있었습니다. 커뮤니티 표준 검증 시스템을 사용하여 강설 예보를 객관적으로 평가합니다. 차세대 모델에 사용할 최적의 물리학 조합을 결정합니다. 팀은 주로 강설량을 예측하는 데 관심이 있었지만 예측에서 눈, 진눈깨비 및 얼어붙은 비의 차이를 결정하고 풍속과 같은 겨울 날씨의 다른 측면을 예측하는 능력도 테스트했습니다. 수문기상 테스트베드의 코디네이터인 James Correia Jr.는 "예측가에게 실제 상황에서 이러한 실험 모델을 사용할 수 있는 기회를 제공하면 예측자와 연구원이 개발 단계 초기에 강점, 운영상의 문제 및 예측자의 유용성을 결정할 수 있습니다."라고 말했습니다.
"이를 통해 우리는 NOAA 테스트베드에서 함께 예측 프로세스, 모델, 연구 및 운영 문제에 접근하고 해결하는 방식을 개선할 수 있습니다." 최근 테스트베드 프로그램에는 NOAA의 차세대 기상 모델인 FV3 모델을 평가하는 중요한 작업도 포함되었습니다. 이 모델 은 글로벌 규모의 예측에서 성공을 거두었으며, 기관은 또한 고영향 테스트베드에서 표현되는 훨씬 더 높은 해상도의 지역 모델링을 위해 이를 운영적으로 활용할 계획입니다. 새로운 다중 규모 예측 시스템은 UFS(Unified Forecasting System)로 알려져 있습니다.
팀의 기계 학습 모델은 이미 중규모/중규모 미만 강설 특성의 규모와 방향을 합리적인 정확도로 예측하고 있다고 Brewster는 말합니다. 크레딧: Brewster, Snook, et al.
"실시간 테스트 외에도 CAPS는 TACC 슈퍼컴퓨터를 사용하여 이전 테스트베드에서 식별된 문제의 근본 원인을 식별하기 위해 사례를 다시 실행하고 있습니다."라고 Brewster가 말했습니다. "이는 원래 코드에 대한 조정 및 기타 향상으로 이어집니다." Winter Weather Experiment는 연구의 미래 지향적인 측면인 객관적 검증 및 기계 학습 교육을 포함하여 겨울 동안 거의 실시간으로 Frontera에서 27일 동안 실행되었습니다. Brewster는 2022년 3월 NOAA가 주최한 웨비나로 결과를 발표했습니다. 실험 후 연구원들은 일반적으로 NOAA의 날씨 예측 센터 및 폭풍 예측 센터(두 부서 모두)와 협력하여 테스트베드 경쟁의 일환으로 NOAA의 날씨 프로그램 사무실에서 자금을 지원하여 예측의 특정 측면에 대해 더 자세한 연구를 수행합니다. 앙상블 합의 방법 테스트 대부분의 기상 관측자는 앙상블 모델의 개념에 익숙합니다. 즉, 기상 예보자가 평균을 내고 해석하는 다양한 시뮬레이션의 결과를 나타내는 트랙 떼입니다.
Frontera를 사용하여 Brewster의 팀은 실시간 앙상블 예측을 생성합니다. 브루스터는 "의사결정 이론에서는 전문가의 동의를 얻을 때 한 사람에게서 조언을 받는 것보다 더 나은 조언을 얻는다는 것이 밝혀졌다"고 말했다. "TACC 덕분에 날씨가 어떻게 될지 예측하는 13개의 '전문가'인 13개의 모델을 생성할 수 있습니다. 거기에서 예측 개선에 가장 도움이 되는 앙상블 합의 제품을 개발하는 방법을 연구하고 있습니다." 때때로 인간 운영자의 유용성이 순수한 예측 기술보다 우선합니다.
예측의 앙상블에서 합의 결정을 전달하는 것이 그러한 예입니다. "우리 연구원들은 일주일 동안 그곳에서 관찰하고 참여합니다. 마치 기상청 에 있는 것처럼 예보를 만들어 나와 같은 사람들이 문제를 볼 수 있도록 합니다."라고 Brewster가 설명했습니다. "우리는 현실적이려고 노력합니다. 누군가 10~15개의 모델을 정말로 볼 수 있습니까? 아니면 더 많은 불확실성을 생성합니까?" CAPS 팀이 앙상블 합의 방법에 대해 탐색해 온 한 가지 접근 방식은 LPM(Local Probability Match Mean) 방법입니다. LPM 방법은 영역을 패치로 나누고 해당 패치에 대한 대기 역학을 계산하고 결과를 로컬로 배포합니다. (Nathan Snook과 CAPS 팀은 Geophysical Research Letters 의 2020년 논문에서 방법을 설명하고 이 평균을 계산하는 다양한 방법을 비교했습니다 .) NOAA에 의한 정확도 평가는 객관적인 강수 점수에서 지역 확률 일치 평균(LPM)이 확률 일치(PM) 평균보다 약간 더 나쁜 수행을 보여주었다. "그러나 이것은 테스트베드 활동이 시작되는 곳입니다."라고 Brewster는 말했습니다.
-"인간이 예보를 볼 때 현장의 원시 수치를 보는 것이 아닙니다. 그들은 모양(합의 반사도)을 보고 있으며, 그런 점에서 LPM이 더 나은 것으로 간주되었습니다. 그것은 우리의 승리였습니다. 팀." LPM은 이후 NOAA의 운영 High Resolution Ensemble Forecast 시스템에서 구현되었습니다. 이것이 NOAA 테스트베드 프로그램의 목표입니다. 연구 아이디어를 취하고 실제 운영 배치에 준 운영 환경에서 테스트 및 평가를 통해 얻는 것입니다.
"그것이 바로 우리가 기술 이전이라고 부르는 것입니다."라고 Brewster는 말했습니다. "우리 팀과 같은 연구원들이 모델 작업을 하고, 논문을 작성하는 기술 격차가 있으며, 새로운 모델이나 개념을 운영에 적용하는 것이 어려울 수 있습니다. 기술 이전은 TACC 및 다른 연구원에서 실행되는 것이 아니라 입증되었기 때문에 이루어졌습니다. 그러나 다른 예측가들에게. 그것은 우리가 저널 기사에서 실제 예측에 영향을 미치는 것으로 구분하는 데 도움이 됩니다." 추가 탐색 개선된 풍력 예측으로 소비자는 수백만 달러의 에너지 비용을 절약할 수 있습니다.
https://phys.org/news/2022-05-next-generation-weather-real-world-impact.html
추가 정보: Nathan Snook et al, Ensemble Consensus Precipitation Forecasts, Geophysical Research Letters (2020)를 위한 포인트 와이즈 및 패치 와이즈 로컬화 확률 일치 평균 알고리즘의 비교 및 검증. DOI: 10.1029/2020GL087839 저널 정보: 지구 물리학 연구 서신 텍사스 오스틴 대학교 제공
.Ultracold bubbles on space station open new avenues of quantum research
우주 정거장의 초저온 거품이 양자 연구의 새로운 길을 열다
제트 추진 연구소 NASA의 Cold Atom Lab 내부에서 과학자들은 이 그림에서 분홍색으로 표시된 극저온 가스에서 거품을 형성합니다. 또한 묘사된 레이저는 원자를 냉각시키는 데 사용되는 반면 회색으로 표시된 원자 칩은 전파와 결합하여 모양을 조작하기 위해 자기장을 생성합니다. 크레딧: NASA/JPL-Caltech MAY 18, 2022
NASA의 Cold Atom Lab에서 생성된 극저온 거품은 이국적인 물질 상태를 실험할 수 있는 새로운 기회를 제공합니다. NASA의 아폴로 프로그램 시절부터 우주비행사들은 액체가 지구에서와 다르게 미세 중력에서 어떻게 행동하는지 문서화(그리고 논쟁)해왔습니다. 이제 연구원들은 훨씬 더 이국적인 물질로 이 효과를 입증했습니다. 가스는 거의 절대 영도(화씨 영하 459도 또는 섭씨 영하 273도)로 냉각되어 물질이 도달할 수 있는 가장 낮은 온도입니다. 국제 우주 정거장에 있는 최초의 양자 물리학 시설인 NASA의 Cold Atom Lab을 사용하여 연구원들은 절대 영도보다 100만분의 1도 이내로 냉각된 원자 샘플을 채취하여 극도로 얇고 속이 빈 구 모양으로 만들었습니다. 차가운 가스는 달걀 노른자와 같은 작고 둥근 덩어리에서 시작하여 얇은 달걀 껍질과 같은 모양으로 조각됩니다. 지구에서도 비슷한 시도가 실패했습니다.
원자가 아래쪽으로 모여 거품보다 콘택트 렌즈에 더 가까운 모양을 형성합니다. 네이처 저널에 5월 18일 수요일 온라인에 게재된 새로운 논문에 설명된 이 이정표 는 우주 정거장 의 미세 중력 환경 에서만 가능합니다 .
-극저온 기포는 Bose-Einstein condensate(BEC)라고 불리는 물질의 다섯 번째 상태(기체, 액체, 고체 및 플라즈마와 구별됨)인 훨씬 더 이국적인 물질로 새로운 종류의 실험에 결국 사용될 수 있습니다. BEC에서 과학자들은 육안으로 볼 수 있는 규모로 원자의 양자 특성을 관찰할 수 있습니다. 예를 들어, 원자와 입자는 때때로 고체 물체처럼 행동하고 때로는 파동처럼 행동합니다. 즉 " 파동-입자 이중성 "이라고 하는 양자 속성 입니다. 이 작업에는 우주 비행사의 도움이 필요하지 않습니다.
-극저온 기포는 자기장을 사용하여 가스를 다양한 모양으로 부드럽게 조작하는 Cold Atom Lab의 단단히 밀봉된 진공 챔버 내부에서 만들어집니다. 그리고 미니 냉장고만한 크기의 실험실 자체가 JPL에서 원격으로 운영됩니다. 가장 큰 기포는 직경이 약 1밀리미터이고 두께가 1미크론입니다(1/1000밀리미터 또는 0.00004인치). 그것들은 너무 가늘고 묽어서 수천 개의 원자만 구성되어 있습니다. 그에 비해 지구상의 공기 1세제곱밀리미터에는 약 10억조 개의 분자가 들어 있습니다.
국제 우주 정거장에 있는 NASA의 Cold Atom Lab에서 초저온 원자 구름이 속이 빈 구체로 조작됩니다. 이 일련의 이미지에서 구름은 인플레이션의 여러 단계에서 보여지며 단일 원자 구름이 거품으로 조작될 때 어떻게 보이는지를 포착합니다. 크레딧: NASA/JPL-Caltech
이번 새 연구의 주저자이자 남부 캘리포니아에 있는 NASA 제트 추진 연구소의 Cold Atom Lab 과학 팀의 일원인 David Aveline은 "이것은 평범한 비눗방울과는 다릅니다."라고 말했습니다. "자연에서 우리가 알고 있는 어떤 것도 Cold Atom Lab에서 생성된 원자 가스만큼 차가워지지 않습니다. 그래서 우리는 이 매우 독특한 가스로 시작하여 근본적으로 다른 기하학적 모양으로 형성될 때 어떻게 행동하는지 연구합니다. 역사적으로 물질이 조작될 때 이러한 방식으로 매우 흥미로운 물리학과 새로운 응용 프로그램이 나타날 수 있습니다." '중요한' 이유 재료를 다양한 물리적 조건에 노출시키는 것은 재료를 이해하는 데 중요합니다. 또한 이러한 재료에 대한 실용적인 응용 프로그램을 찾는 첫 번째 단계이기도 합니다.
Cold Atom Lab을 사용하여 우주 정거장에서 이러한 유형의 실험을 수행하면 과학자들은 중력의 영향을 제거할 수 있습니다. 중력의 영향은 종종 유체의 움직임과 거동에 영향을 미치는 지배적인 힘입니다. 이렇게 함으로써 과학자들은 액체의 표면 장력이나 점도와 같은 다른 요인을 더 잘 이해할 수 있습니다. 이제 과학자들이 극저온 기포를 생성했으므로 다음 단계는 기포를 구성하는 극저온 기체를 BEC 상태로 전환하고 그것이 어떻게 작용하는지 확인하는 것입니다.
베이츠의 물리학 교수인 네이선 룬드블라드(Nathan Lundblad)는 "일부 이론적인 연구는 우리가 BEC 상태에 있는 이러한 거품 중 하나로 작업 하면 양자 물질에서 와류 (기본적으로 작은 소용돌이)를 형성할 수 있음을 시사한다"고 말했다. 메인 주 루이스턴에 있는 대학이자 새로운 연구의 수석 연구원. "그것은 우리가 BEC 속성을 더 잘 이해하고 양자 물질의 본질에 대한 더 많은 통찰력을 얻는 데 도움이 될 수 있는 물리적 구성의 한 예입니다." 양자 과학 분야는 트랜지스터 및 레이저와 같은 현대 기술의 발전으로 이어졌습니다.
지구 궤도에서 수행된 양자 조사는 지구 및 기타 태양계 본체를 연구하기 위한 우주선 탐색 시스템 및 센서의 개선으로 이어질 수 있습니다. 초저온 원자 시설은 수십 년 동안 지구에서 운영되어 왔습니다. 그러나 우주에서 연구자들은 중력의 영향이 감소하기 때문에 새로운 방식으로 극저온 원자와 BEC를 연구할 수 있습니다. 이를 통해 연구자들은 정기적으로 더 낮은 온도에 도달하고 지구에서보다 더 오랫동안 현상을 관찰할 수 있습니다.
JPL의 Cold Atom Lab 프로젝트 과학자인 Jason Williams는 "Cold Atom Lab의 주요 목표는 기초 연구입니다. 우리는 우주 정거장의 고유한 우주 환경을 사용하여 물질의 양자 특성을 탐구하고자 합니다."라고 말했습니다. "새로운 기하학에서 극저온 원자를 연구하는 것은 그 완벽한 예입니다."
추가 탐색 멋진 새 하드웨어에 대한 따뜻한 우주 정거장 환영 추가 정보: RA Carollo et al, Observation of ultracold atomic bubble in orbital microgravity, Nature (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-04639-8 저널 정보: 네이처 제트추진연구소 제공
https://phys.org/news/2022-05-ultracold-space-station-avenues-quantum.html
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메모 2205190518 나의 사고실험 oms스토리텔링
극저온 기포는 Bose-Einstein condensate(BEC)라고 불리는 물질의 다섯 번째 상태(기체, 액체, 고체 및 플라즈마와 구별됨)인 훨씬 더 이국적인 물질로 우주에 일반현상을 가진다.
BEC에서 과학자들은 육안으로 볼 수 있는 규모로 우주의 원자의 양자 특성을 관찰할 수 있다. 단적인 예로 빅뱅사건이 거품화되면 우주가 확장된 모습처럼 가시적으로 보인다. 은하단들이 눈에 보이잖여. 그게 그런 뜻이여. 허허. 그래서 우주는 일종에 거대한 극저온 기포로도 볼 수 있음이여. 허허.
우주경계는 거품의 껍질이며 샘플a.oms 업버전의 외부층을 가진다. 그곳에 암흑 물질과 에너지가 있어서 전체적으로 oms=1의 상태를 유지한다.
Sample a.oms (standard)
b0acfd 0000e0
000ac0 f00bde
0c0fab 000e0d
e00d0c 0b0fa0
f000e0 b0dac0
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0deb00 ac000f
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a0b00e 0dc0f0
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0f00d0 e0bc0a
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2000000000
0000001001
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000000000q0
sample c.oss(standard)
zxdxybzyz
zxdzxezxz
xxbyyxzzx
zybzzfxzy
cadccbcdc
cdbdcbdbb
xzezxdyyx
zxezybzyy
bddbcbdca
=bigrip/zerosum, npir+c(dark energy)
sample c.oss
domain(2203080543):
-Cryogenic bubbles are a much more exotic substance that is the fifth state of matter (distinct from gas, liquid, solid and plasma) called Bose-Einstein condensate (BEC), which could eventually be used in a new kind of experiment. At BEC, scientists can observe the quantum properties of atoms on a scale visible to the naked eye. For example, atoms and particles sometimes behave like solid objects and sometimes like waves. That is, it is a quantum property called "wave-particle duality". No astronaut assistance is required for this task.
-Cryogenic bubbles are created inside the Cold Atom Lab's tightly sealed vacuum chambers that use a magnetic field to gently manipulate gases into various shapes. And the lab itself, about the size of a mini-fridge, is run remotely from JPL. The largest bubbles are about 1 millimeter in diameter and 1 micron thick (1/1000 millimeter or 0.00004 inch). They are so thin and thin that they are made up of only thousands of atoms. In comparison, one cubic millimeter of air on Earth contains about one billion trillion molecules.
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memo 2205190518 my thought experiment oms storytelling
Cryogenic bubbles have a common phenomenon in the universe as a much more exotic substance, the fifth state of matter (distinct from gas, liquid, solid and plasma) called Bose-Einstein condensate (BEC).
At BEC, scientists can observe the quantum properties of atoms in the universe on a scale visible to the naked eye. As an example, when the Big Bang event bubbled up, the universe appeared as if it had expanded. You can see the galaxies. that's what it means haha. So the universe can be seen as a kind of giant cryogenic bubble. haha.
The cosmic boundary is a shell of foam, with an outer layer of sample a.oms upgrade. There is dark matter and energy there, keeping the overall state of oms=1.
Sample a.oms (standard)
b0acfd 0000e0
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0deb00 ac000f
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sample b.quasi oms(standard)
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sample c.oss(standard)
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cadccbcdc
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xzezxdyyx
zxezybzyy
bddbcbdca
=bigrip/zerosum, npir+c(dark energy)
sample c.oss
domain(2203080543):
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